馬氏體耐熱鋼的製作方法

2023-05-22 09:13:46

專利名稱：馬氏體耐熱鋼的製作方法
技術領域：
本發明屬於馬氏體型耐熱鋼領域。主要適用於製作高溫下抗氧化、抗燃氣腐蝕等關鍵部件，如內燃機進、排氣閥等。
目前，國際上常用JIS SUH4B(即美國XB)耐熱鋼製作內燃機進、排氣閥，該鋼由於高溫塑性較差，回火脆性明顯，導致鋼錠開坯、鋼材熱軋及氣閥電鐓加工過程中成材率低，鋼材冷拔加工和校直廢品率提高，因而，使成本相應地提高。
1976年美國專利U，S3990892提供了一種高碳馬氏體耐熱鋼，該鋼以JISG4311標準中SUH4B(即美國XB)為基礎，對部分成分進行了調整，但是，這種調整後的耐熱鋼合金元素多，含量高，因而必然出現成本高和生產工藝複雜的後果。該專利介紹的耐熱鋼適用於內燃機氣閥閥座，對於該鋼製作內燃機進、排氣閥沒有作介紹。
本發明的目的是提供一種具有較高高溫強度和良好的高溫抗腐蝕性能，同時又具備熱加工性、切削加工性良好的馬氏體耐熱鋼。
本發明根據上述要求，設計了一種新型的馬氏體耐熱鋼，其具體化學成分(重量%)為C0.60～0.90%;Si0.5～2.0%;Mn0.4～1.5%;Cr15.0～25.0%;Ni0.5～2.5%;W1.0～3.0%;V0.1～1.5%;Ce0.01～0.40%;餘為Fe。
本發明耐熱鋼與上述美國專利和日本SUH4B相比較，由於在合金中加入了稀土元素鈰，所以提高了鋼液的流動性，改善了鋼錠的表面質量，細化了鋼錠結晶組織，減少枝晶，因而改善了鋼錠的熱加工性能，鈰的加入還消除有害元素硫、磷在晶界的富集，使夾雜物球化、尺寸變小，使碳化物均勻分布，明顯降低鋼中的含氧量，和明顯地改善了鋼的高溫塑性，提高了鋼材熱加工成材率和氣閥電鐓成品率。夾雜物形態和分布的改善，尺寸的變小，明顯地改善了鋼材的切削加工性能。加入鈰後，還能改善材料表面氧化物的結構，使氧化物呈球狀，因而提高了鋼的抗氧化和抗腐蝕性能。
足夠的鉻含量，保證該鋼具有良好的抗氧化和抗腐蝕性能。鉻的加入，形成碳化物，能有效地提高鋼的強度和耐磨性，鉻的含量為15.0～25.0。
鎳是奧氏體化元素，有利於鋼的組織均勻性，還能改善鋼的塑性和提高衝擊韌性。
錳同樣是奧氏體化元素，錳也提高鋼的組織均勻性，錳提高材料的耐磨性，但是，錳的加入會損害鋼的抗氧化性和抗腐蝕性，使殘餘奧氏體量增加，因此，要嚴格控制鋼中的含錳量。
鎢具有強化基體的作用，鎢的碳化物明顯地提高材料的高溫強度，由於鎢的加入，使鋼的持久強度明顯的提高。
釩是強烈形成碳化物的元素，加入少量的釩，可以形成彌散分布的碳化物，使鋼得到明顯的強化，提高了鋼的高溫硬度，並使鋼的耐磨性能得到明顯的提高。
矽是一種提高材料高溫抗氧化和抗腐蝕性能的重要元素，在鋼中加入少量的矽，效果很明顯，因此是一種經濟的措施，但是矽含量增加，材料的塑性降低，脆性提高，熱加工性惡化，所以鋼中的矽含量應該控制在2.0%以下。
根據上述理由，現在經過對本發明鋼成分的調整和限定，並在鋼中加入了含量小於0.40%的鈰，所以明顯的改善了鋼材的加工工藝，降低了鋼材的成本，提高了鋼材的成材率和製品的合格率。
本發明是採用電弧爐或非真空中頻感應爐冶煉，熱加工採用鍛造或軋制，開鍛(開軋)溫度為1060-1160℃終鍛溫度應該大於900℃，熱處理制度為1000～1150℃淬火，回火溫度為600～750℃。
本發明鋼與現有技術鋼種相比較，具有以下特點。
1.本發明鋼與美國專利U.S.3990892相比較，具有成分和生產工藝，簡單方便以及成本低等特點。
2.本發明鋼與日本SUH4B(美國XB)相比較，具有持久強度高(見表1和附圖
)。耐腐蝕性能好(表5)。在300℃的Na2SO4介質中保溫100小時後，本發明鋼具有良好的耐腐蝕性。本發明鋼在成材加工時，具有良好的加工性。氣閥電鐓加工成品合格率優於氣閥用鋼SUS4B(美國XB)。
附圖為本發明鋼與SUH4B(美國XB)鋼持久性能相比較圖，縱座標為應力(kg.f/mm2)，橫座標為時間(hr)，試驗溫度為600℃，在附圖座標中6為本發明鋼，7為SUH4B鋼。對比鋼的化學成分及熱處理工藝見表1。
表1、持久性能對比鋼的成分及熱處理工藝
實施例採用非真空中頻感應爐冶煉了本發明鋼6爐，其具體化學成分見表2。為了對比，在相同條件下冶煉了一爐SUH4B。鋼經冶煉後再進行鑄錠，鋼錠鍛造溫度為1100℃，鍛造後再進行熱處理，熱處理的具體制度見表3。表3、表4均為本發明鋼與SUH4B鋼的性能對比和產品成材率的對比表。
表2、本發明鋼與SUH4B鋼的具體化學成分
表3、本發明鋼與SUH4B(XB)鋼性能及工藝的對比表
表4為本發明鋼在鍛造、車削加工和氣閥電鐓成型時與SUH4B(XB)相對比的結果。表5為本發明鋼與SUH4B(XB)進行腐蝕檢驗的對比結果。
表4、本發明鋼與SUH4B(XB)鋼工藝及成品合格率對比
表5.本發明鋼與SUH4B(XB)鋼耐腐蝕對比
權利要求
1.一種馬氏體型耐熱鋼，其特徵在於化學成分(重量%)為C0.60～0.90%；Si0.5～2.0%；Mn0.4～1.5%；Cr15.0～25.0%；Ni0.5～2.5%；W1.0～3.0%；V0.1～1.5%；Ce0.01～0.4%；餘為Fe。
全文摘要
本發明鋼屬於馬氏體型耐熱鋼。主要適用於抗氧化和抗內燃機高溫燃氣腐蝕，特別適用於製造內燃機進排氣閥。
文檔編號C22C38/46GK1032961SQ88104168
公開日1989年5月17日 申請日期1988年7月11日 優先權日1988年7月11日
發明者程世長, 俞茂德, 王大興, 欽知, 林兆傑, 畢鑄, 彭德緣 申請人:冶金工業部鋼鐵研究總院, 重慶特殊鋼廠, 國家機械工業委員會上海內燃機研究所